Einleitung Technische Grundlagen der Informatik 2 SS 2009

E-1
Einleitung
R. Hoffmann
FG Rechnerarchitektur
Technische Universität Darmstadt
Techn. Grundlagen der Informatik 2, SS 09, R. Hoffmann, TUD
Technische Grundlagen der
Informatik 2
SS 2009
Lernziel
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Verstehen lernen, wie ein Rechner auf
der Mikroarchitektur-Ebene
funktioniert,
wie die Komponenten der
Mikroarchitektur zusammenspielen,
was Maschinenprogramme sind und wie
sie durch die Hardware interpretiert
werden,
und wie man einen Computer bzw. sein
Komponenten durch eine HardwareBeschreibungssprache beschreiben und
simulieren kann.
Die Mikroarchitektur-Ebene
implementiert die sogen. ISA-Ebene,
ISA=Instruction Set Architecture.
ISA
Sicht des
Maschinenprogrammierers
auf die Maschine
Mikroarchitektur
implementiert
die Interpretation
der Maschinenbefehle
durch Logik,
Speicher etc.
Die ISA beschreibt die Funktion
der Maschinenbefehle und die
durch ihn ansprechbaren Objekte
(Speicher, Register, Operationen,
Interrupts) aus der Sicht des
Maschinenprogrammierers. (Inhalt
von Grundl. der Informatik 3)
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E-2
Schichtenmodell
GdI 1,2
Software
virtuelle Maschine
Laufzeitsystem
Betriebssystem
Maschinenarchitektur
(ISA = Instruction Set
Architecture)
"Software-Sicht" auf die
Maschine
Prozessor
-----------------------------------Hardware-Bausteine
TGdI 1 (Logischer Entwurf)
GdI 3
TGdI 2 (Arbeitsweise und
Struktur eines Prozessors
"Mikroarchitektur")
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E-3
Mehrprozessor-Chip: IBM Power 6
E-4
2007 Dual Core
3,5-4,7 MHz, 789 Mio Trans.
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241 mm2, 65 nm
Intel® Pentium® Processor Extreme
Edition
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Desktop-Prozessor
Dual Core
HyperThreading
65 nm Architektur
2x2 MB Level 2 Cache
bis 3,73 GHz Takt
bis 1066 MHz Front Side Bus
ca. 206 mm² groß (Die Size)
ca. 230 Mio. Transistoren
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E-5
© Intel®
Multi-Core
Core
Cache
Core
Cache
Shared Cache
Core
Cache
Processor name
AMD Phenom
IBM POWER6
IBM POWER7
Intel Core 2 Quad
Sun UltraSPARC T2
(Niagra)
Cores
4
2
8
4
8
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Core
Cache
E-6
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Sun UltraSPARC T2
E-7
8 Sparc cores, 8 threads each
heterogen
6 SPE (RISC-Slaves)
1 Power Proc (Master)
E-8
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IBM CELL BE
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V. Verilog
0. Zeichencodierung (Kap. 0)
1. Zahlendarstellungen (Kap. 1)
3. Mikroalgorithmen und Rechenwerke für die Grundrechenarten (Kap. 3)
4. Steuerwerk und Operationswerk (Kap. 4)
5. Modellprozessor DINATOS (Kap. 5)
6. MIPS Prozessor (aus Computer Organization & Design)
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E-9
MIPS Befehle (Kap. 6)
Implementierung des Operationswerks (Kap. 7)
Implementierung des Steuerwerks (Kap. 8)
Mehrtakt-Implementierung (Kap. 9)
Pipeline-Implementierung (Kap. 10)
7. Historische Entwicklung und Mikroprozessoren (Kap. 11)
8. Aktuelle Prozessorarchitekturen (Kap. 12)
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Inhalt der Vorlesung
Literatur
Hoffmann, R.: Rechnerentwurf: Rechenwerke, Mikroprogrammierung,
RISC. 3. Aufl. Oldenbourg München 1993.
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Als Online-Skripte zur Verfügung gestellt, die im Rahmen der VL wesentlichen
Kapitel:
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Teil-Skript: Zeichencodierungen (von M. Halbach)
Diverse Materialen zu VERILOG HDL
Patterson und Hennessy: Computer Organization & Design. Morgan
Kauffmann (Elsevier) 1998, 4th Ed. 2009
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Kapitel 1: Zahlendarstellungen
Kapitel 3: Mikroalgorithmen und Rechenwerke für die Grundrechenarten
in Deutsch: Rechnerorganisation und –entwurf, 3. Aufl. 2005
Davon werden nur die hardwarebezogenen Kapitel verwendet.
Rechenberg, P.: Was ist Informatik? 3. Aufl. München: Hanser, 2000
Rechenberg, P.; Pomberger, G. (Hrsg.): Informatik-Handbuch. 3. Aufl.
München: Hanser 2002
H. Liebig, Flik : Rechnerorganisation, Springer Verlag
A. Tanenbaum und J. Goodman: Computerachitektur, Prentice Hall
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